JP2010147349A - Semiconductor device, method of manufacturing the same, and switch circuit - Google Patents

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Hiroshi Sato
拓 佐藤
Tomoo Yamanochi
智雄 山ノ内
Junichi Okayasu
潤一 岡安
Shin Nakanishi
慎 中西
Hiroki Terasawa
大樹 寺澤
Masahiko Takigawa
正彦 滝川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a leakage current of a transistor. <P>SOLUTION: A semiconductor device includes: a plurality of electric elements disposed adjacent to each other along the front face of a semiconductor material; a lower-layer protection insulation film containing no silicon, which covers the plurality of electric elements; and an upper-layer protection insulation film containing silicon, which is disposed on the lower-layer protection insulation film. In the semiconductor device, at least one of the plurality of electric elements could contain a metal that is to be silicided and the lower-layer protection insulation film could serve to prevent a contact between the metal contained in the electric element and the silicon contained in the upper-layer protection insulation film. The lower-layer protection insulation film could have a high-dielectric-constant layer having a relative permittivity of ≥10. The upper-layer protection insulation film could contain silicon and nitride. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法およびスイッチ回路に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, a semiconductor device manufacturing method, and a switch circuit.

特開2002−324813号公報は、ヘテロ構造電界効果トランジスタを開示する。当該ヘテロ構造電界効果トランジスタは、半導体基板上に、エピタキシャル成長されたバッファ層、チャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、エッチングストッパ層およびキャップ層を有する。表面に形成されたソース電極およびドレイン電極は、チャンネル層に形成される2次元電子ガスに電気的に接続される。キャップ層を除去した開口部に高誘電体材料を有する絶縁層を堆積して、更にゲート電極が形成される。   Japanese Patent Laid-Open No. 2002-324813 discloses a heterostructure field effect transistor. The heterostructure field effect transistor includes a buffer layer, a channel layer, a spacer layer, a carrier supply layer, an etching stopper layer, and a cap layer that are epitaxially grown on a semiconductor substrate. The source electrode and drain electrode formed on the surface are electrically connected to a two-dimensional electron gas formed in the channel layer. An insulating layer having a high dielectric material is deposited on the opening from which the cap layer has been removed, and a gate electrode is further formed.

特開2006−245317号公報は、半導体装置およびその製造方法を開示する。当該半導体装置は、3−5族窒化物半導体からなる半導体装置であって、3−5族窒化物半導体からなる半導体層と、半導体層表面に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備える。ゲート絶縁膜は、Ta(タンタル)酸化物,Hf(ハフニウム)酸化物,HfAl(ハフニウムアルミニウム)酸化物,La(ランタン)酸化物,又はY(イットリウム)酸化物からなることが開示されている。
特開2002−324813号公報 特開2006−245317号公報
Japanese Patent Laying-Open No. 2006-245317 discloses a semiconductor device and a manufacturing method thereof. The semiconductor device is a semiconductor device made of a group 3-5 nitride semiconductor, a semiconductor layer made of a group 3-5 nitride semiconductor, a gate insulating film formed on the surface of the semiconductor layer, and a gate insulating film And a formed gate electrode. It is disclosed that the gate insulating film is made of Ta (tantalum) oxide, Hf (hafnium) oxide, HfAl (hafnium aluminum) oxide, La (lanthanum) oxide, or Y (yttrium) oxide.
JP 2002-324813 A JP 2006-245317 A

特許文献1または特許文献2に開示される電界効果トランジスタでは、ゲート絶縁層として、高誘電体材料が適用されている。その結果、電界効果トランジスタのゲートリーク電流をある程度低く抑えることができる。しかし、窒化ガリウム系の電界効果トランジスタ等の高速応答に適する半導体デバイスでは、高機能なスイッチング特性が期待されており、更なるリーク電流の低減が望まれている。この場合に、同時にある程度のオン抵抗の低さも要求される。   In the field effect transistor disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, a high dielectric material is applied as the gate insulating layer. As a result, the gate leakage current of the field effect transistor can be suppressed to some extent. However, semiconductor devices suitable for high-speed response such as gallium nitride-based field effect transistors are expected to have high-functional switching characteristics, and further reduction of leakage current is desired. In this case, a certain low on-resistance is also required.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、半導体材料の表面に沿って互いに隣接する複数の電気素子要素と、複数の電気素子要素を覆う、シリコンを含まない下層保護絶縁膜と、下層保護絶縁膜の上に配置され、シリコンを含む上層保護絶縁膜と、を備える半導体装置が提供される。   In order to solve the above problems, in the first aspect of the present invention, a plurality of electrical element elements adjacent to each other along the surface of the semiconductor material, and a lower layer protective insulation not containing silicon covering the plurality of electrical element elements A semiconductor device is provided that includes a film and an upper protective insulating film that is disposed on the lower protective insulating film and includes silicon.

上記半導体装置において、複数の電気素子要素の少なくとも一つは、シリサイド化される金属を含有でき、下層保護絶縁膜は、電気素子要素に含有される金属と上層保護絶縁膜に含有されるシリコンとの接触を阻害できる。下層保護絶縁膜は、比誘電率が10以上の高誘電体層を有してよい。上層保護絶縁膜は、シリコンおよび窒素を含有することができる。上層保護絶縁膜は、260℃以下の温度で薄膜形成した窒化シリコン膜であってよく、好ましくは100℃以下の温度で薄膜形成した窒化シリコン膜である。   In the semiconductor device, at least one of the plurality of electric element elements can contain a metal to be silicided, and the lower protective insulating film includes a metal contained in the electric element element and silicon contained in the upper protective insulating film. Can be blocked. The lower protective insulating film may have a high dielectric layer having a relative dielectric constant of 10 or more. The upper protective insulating film can contain silicon and nitrogen. The upper protective insulating film may be a silicon nitride film formed as a thin film at a temperature of 260 ° C. or lower, and is preferably a silicon nitride film formed as a thin film at a temperature of 100 ° C. or lower.

上記半導体装置において、複数の電気素子要素の少なくとも一つは、半導体材料の表面に形成した能動素子もしくは受動素子を構成する電極もしくは端子、または、能動素子もしくは受動素子に接続する引出部であってよい。複数の電気素子要素は、MIS型電界効果トランジスタのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を含んでよい。複数の電気素子要素は、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極から延伸するゲート延伸部、ソース延伸部およびドレイン延伸部をさらに含んでよい。   In the semiconductor device, at least one of the plurality of electric element elements is an electrode or a terminal constituting an active element or a passive element formed on a surface of a semiconductor material, or a lead portion connected to the active element or the passive element. Good. The plurality of electric element elements may include a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode of a MIS field effect transistor. The plurality of electrical element elements may further include a gate extension, a source extension, and a drain extension extending from the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode.

上記半導体装置において、半導体材料と電気素子要素の少なくとも一つとの間に配置した、比誘電率が10以上の高誘電体層を有する要素間絶縁膜をさらに備えてよい。要素間絶縁膜は、複数の電気素子要素の間に有する半導体材料の表面にも配置され、半導体材料に対してドナーまたはアクセプタになる不純物が半導体材料に接触することを阻害できる。電気素子要素の少なくとも一つは、MIS型電界効果トランジスタのゲート電極であり、要素間絶縁膜は、MIS型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜であってよい。   The semiconductor device may further include an inter-element insulating film having a high dielectric layer having a relative dielectric constant of 10 or more, disposed between the semiconductor material and at least one of the electric element elements. The inter-element insulating film is also disposed on the surface of the semiconductor material included between the plurality of electrical element elements, and can prevent impurities that become donors or acceptors from contacting the semiconductor material. At least one of the electric element elements may be a gate electrode of a MIS type field effect transistor, and the inter-element insulating film may be a gate insulating film of the MIS type field effect transistor.

MIS型電界効果トランジスタの、ゲート幅が1mmにおけるリーク電流が、500pA以下であり、MIS型電界効果トランジスタの、オン抵抗が、2Ωmm以下であってよい。   The leakage current when the gate width of the MIS field effect transistor is 1 mm may be 500 pA or less, and the on-resistance of the MIS field effect transistor may be 2 Ωmm or less.

本発明の第2の態様においては、半導体材料の表面に沿って互いに隣接するように、複数の電気素子要素を形成する段階と、複数の電気素子要素を覆う、シリコンを含まない下層保護絶縁膜を形成する段階と、下層保護絶縁膜の上に、シリコンを含む上層保護絶縁膜を形成する段階と、を備えた半導体装置の製造方法が提供される。   In the second aspect of the present invention, a step of forming a plurality of electric element elements so as to be adjacent to each other along the surface of the semiconductor material, and a lower protective insulating film not containing silicon covering the plurality of electric element elements And a step of forming an upper protective insulating film containing silicon on the lower protective insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

本発明の第3の態様においては、スイッチ素子として動作する半導体装置を備えたスイッチ回路であって、半導体装置は、半導体材料の表面に沿って互いに隣接する複数の電気素子要素と、複数の電気素子要素を覆う、シリコンを含まない下層保護絶縁膜と、下層保護絶縁膜の上に配置され、シリコンを含む上層保護絶縁膜と、を備えるスイッチ回路が提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a switch circuit including a semiconductor device that operates as a switch element, the semiconductor device including a plurality of electrical element elements adjacent to each other along a surface of a semiconductor material, and a plurality of electrical elements. A switch circuit is provided that includes a lower protective insulating film that does not include silicon and covers an element element, and an upper protective insulating film that is disposed on the lower protective insulating film and includes silicon.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図1は、本実施形態である半導体装置10の断面例を概略的に示す。半導体装置10は、半導体基板12と、電気素子要素14と、下層保護絶縁膜16と、上層保護絶縁膜18とを備える。   FIG. 1 schematically shows a cross-sectional example of a semiconductor device 10 according to the present embodiment. The semiconductor device 10 includes a semiconductor substrate 12, an electrical element element 14, a lower protective insulating film 16, and an upper protective insulating film 18.

半導体基板12は、半導体材料の一例である。半導体基板12は、3−5族半導体であってよい。半導体基板12の例として、GaN半導体、AlGaN半導体、GaAs半導体、InGaAs半導体、AlGaAs半導体等が挙げられる。   The semiconductor substrate 12 is an example of a semiconductor material. The semiconductor substrate 12 may be a group 3-5 semiconductor. Examples of the semiconductor substrate 12 include a GaN semiconductor, an AlGaN semiconductor, a GaAs semiconductor, an InGaAs semiconductor, and an AlGaAs semiconductor.

複数の電気素子要素14は、半導体基板12の表面に沿って互いに隣接して配置される。複数の電気素子要素14の少なくとも一つは、シリサイド化される金属を含有してよい。シリサイド化される金属として、Na、Mg、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Rb、Zr、Ru、Pd、Cs、W、Pt、Au、Tiが例示できる。   The plurality of electrical element elements 14 are arranged adjacent to each other along the surface of the semiconductor substrate 12. At least one of the plurality of electrical element elements 14 may contain a metal to be silicided. Examples of the metal to be silicided include Na, Mg, K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Rb, Zr, Ru, Pd, Cs, W, Pt, Au, and Ti.

電気素子要素14は、半導体基板12の表面に形成した能動素子もしくは受動素子を構成する電極もしくは端子、または、能動素子もしくは受動素子に接続する引出部であってよい。能動素子の例として、トランジスタ、ダイオードが挙げられる。受動素子の例として、コンデンサ、コイル、抵抗が挙げられる。抵抗の材料として、ニッケルクロムが例示できる。電極もしくは端子の例として、ゲート、ソース、ドレイン、ベース、エミッタ、コレクタ、アノード、カソードが挙げられる。引出部は、配線、コンタクトパッドを含む。   The electric element element 14 may be an electrode or a terminal constituting an active element or a passive element formed on the surface of the semiconductor substrate 12, or a lead portion connected to the active element or the passive element. Examples of the active element include a transistor and a diode. Examples of passive elements include capacitors, coils, and resistors. An example of the resistance material is nickel chromium. Examples of electrodes or terminals include a gate, a source, a drain, a base, an emitter, a collector, an anode, and a cathode. The lead portion includes a wiring and a contact pad.

下層保護絶縁膜16は、複数の電気素子要素14を覆う、シリコンを含まない絶縁膜であってよい。シリッコンを含まない絶縁膜として、酸化金属膜が例示できる。下層保護絶縁膜16は、電気素子要素14に含有される金属と上層保護絶縁膜18に含有されるシリコンとの接触を阻害できる。シリコンは、半導体基板12に浸入することによって、半導体のドナー不純物として作用する場合がある。このような場合に、下層保護絶縁膜16は、シリコンの半導体基板12への浸入を阻害して、電気素子要素14間の電気絶縁性を高く維持できる。   The lower protective insulating film 16 may be an insulating film that does not contain silicon and covers the plurality of electric element elements 14. As the insulating film not including silicon, a metal oxide film can be exemplified. The lower protective insulating film 16 can inhibit contact between the metal contained in the electrical element element 14 and the silicon contained in the upper protective insulating film 18. Silicon may act as a semiconductor donor impurity by entering the semiconductor substrate 12. In such a case, the lower protective insulating film 16 can inhibit the penetration of silicon into the semiconductor substrate 12 and maintain high electrical insulation between the electrical element elements 14.

下層保護絶縁膜16は、上層保護絶縁膜18に含まれるシリコンによって、電気素子要素14がシリサイド化することを防止できる。シリサイド化の防止によって、シリサイド化によって発生する悪影響、例えば、複数の電気素子要素14の間におけるリーク電流の発生を抑制できる。   The lower protective insulating film 16 can prevent the electric element element 14 from being silicided by silicon contained in the upper protective insulating film 18. By preventing silicidation, it is possible to suppress adverse effects caused by silicidation, for example, generation of leakage current between the plurality of electric element elements 14.

下層保護絶縁膜16は、比誘電率が10以上の高誘電体層を有してよい。高誘電体の例として、タンタルオキサイド、ジルコニウムオキサイド、ハフニウムオキサイド、ランタンオキサイド、イットリウムオキサイド、チタンオキサイド、バリウムストロンチウムチタンオキサイド(BST)、ストロンチウムチタンオキサイド(STO)、チタン酸ジルコン酸塩(PZT)、ストロンチウムビスマスタンタルオキサイド(SBT)などが挙げられる。下層保護絶縁膜16を高誘電体とすることにより、複数の電気素子要素14の間に発生する電界を小さくすることができ、複数の電気素子要素14の間のリーク電流を抑制することができる。   The lower protective insulating film 16 may have a high dielectric layer having a relative dielectric constant of 10 or more. Examples of high dielectrics include tantalum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, lanthanum oxide, yttrium oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide (BST), strontium titanium oxide (STO), zirconate titanate (PZT), strontium Examples thereof include bismuth tantalum oxide (SBT). By using the lower protective insulating film 16 as a high dielectric, the electric field generated between the plurality of electric element elements 14 can be reduced, and the leakage current between the plurality of electric element elements 14 can be suppressed. .

上層保護絶縁膜18は、下層保護絶縁膜16の上に配置する。上層保護絶縁膜18は、シリコンを含んでよい。上層保護絶縁膜18は、シリコンおよび窒素を含んでよく、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコンであってよい。上層保護絶縁膜18は、260℃以下の温度で薄膜形成した窒化シリコン膜であってよく、好ましくは100℃以下の温度で薄膜形成した窒化シリコン膜である。窒化シリコンは、その緻密性によって、絶縁効果のほか、湿気、不純物等から電気素子要素14を保護することができる。   The upper protective insulating film 18 is disposed on the lower protective insulating film 16. The upper protective insulating film 18 may contain silicon. The upper protective insulating film 18 may contain silicon and nitrogen, and may be, for example, silicon nitride or silicon nitride oxide. The upper protective insulating film 18 may be a silicon nitride film formed as a thin film at a temperature of 260 ° C. or lower, and is preferably a silicon nitride film formed as a thin film at a temperature of 100 ° C. or lower. Silicon nitride can protect the electric element element 14 from moisture, impurities, etc. in addition to the insulating effect due to its denseness.

半導体装置10は、以下のプロセスによって製造できる。すなわち、半導体材料の一例である半導体基板12の表面に沿って互いに隣接するように、複数の電気素子要素14を形成する。その後、複数の電気素子要素14を覆う、シリコンを含まない下層保護絶縁膜16を形成する。更に、下層保護絶縁膜16の上に、シリコンを含む上層保護絶縁膜18を形成する。半導体装置10によれば、複数の電気素子要素14の間のリーク電流を低減できる。   The semiconductor device 10 can be manufactured by the following process. That is, the plurality of electric element elements 14 are formed so as to be adjacent to each other along the surface of the semiconductor substrate 12 which is an example of the semiconductor material. Thereafter, a lower protective insulating film 16 that does not contain silicon and covers the plurality of electric element elements 14 is formed. Further, an upper protective insulating film 18 containing silicon is formed on the lower protective insulating film 16. According to the semiconductor device 10, the leakage current between the plurality of electric element elements 14 can be reduced.

図2は、図1の半導体装置10の具体例である高電子移動度トランジスタおよびコンデンサを含む半導体装置100の上面の例を示す。図3は、図2に示す半導体装置100の断面の例を示す。図3のa部は、図2のA−A線に沿った断面例であり、図3のb部は、図2のB−B線に沿った断面例である。図3のa部およびb部は、半導体装置100に含まれる高電子移動度トランジスタを示す。図3のb部において、ソース配線の記載は省略している。図3のc部は、コンデンサの断面例である。図2において、コンデンサの図示は省略している。   FIG. 2 shows an example of the upper surface of a semiconductor device 100 including a high electron mobility transistor and a capacitor, which is a specific example of the semiconductor device 10 of FIG. FIG. 3 shows an example of a cross section of the semiconductor device 100 shown in FIG. 3 is a cross-sectional example along the line AA in FIG. 2, and the b part in FIG. 3 is a cross-sectional example along the line BB in FIG. Part a and part b in FIG. 3 indicate high electron mobility transistors included in the semiconductor device 100. In FIG. 3b, the source wiring is not shown. Part c of FIG. 3 is a cross-sectional example of the capacitor. In FIG. 2, the illustration of the capacitor is omitted.

本実施態様では、能動素子として、高電子移動度トランジスタを例示するが、MOS型電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタが適用されてもよい。受動素子として、コンデンサを例示するが、抵抗、コイルが適用されてもよい。   In this embodiment, a high electron mobility transistor is exemplified as the active element, but a MOS field effect transistor or a bipolar transistor may be applied. Although a capacitor is illustrated as a passive element, a resistor and a coil may be applied.

半導体装置100は、ソース電極102と、ドレイン電極104と、ゲート電極106と、ゲート延伸部107と、ソース引出配線108と、ドレイン引出配線110と、ゲートパッド112と、ソース配線114と、ドレイン配線116と、ゲート配線118と、支持基板122と、バッファ層124と、チャンネル層126と、スペーサ層128と、キャリア供給層130と、キャップ層132と、絶縁層134と、下層保護絶縁膜136と、上層保護絶縁膜138と、素子分離領域140と、コンデンサ下部電極142と、コンデンサ絶縁層144と、コンデンサ上部電極146と、を備える。   The semiconductor device 100 includes a source electrode 102, a drain electrode 104, a gate electrode 106, a gate extension 107, a source extraction wiring 108, a drain extraction wiring 110, a gate pad 112, a source wiring 114, and a drain wiring. 116, gate wiring 118, support substrate 122, buffer layer 124, channel layer 126, spacer layer 128, carrier supply layer 130, cap layer 132, insulating layer 134, and lower protective insulating film 136 , An upper protective insulating film 138, an element isolation region 140, a capacitor lower electrode 142, a capacitor insulating layer 144, and a capacitor upper electrode 146.

ソース電極102およびドレイン電極104は、電気素子要素の一例であってよい。ソース電極102およびドレイン電極104は、キャリア供給層130に接して配置され、高電子移動度トランジスタの入出力電極を構成する。ソース電極102およびドレイン電極104を組成する材料としては、Ni、Au、Ti、W、Alの遷移金属が例示できる。ソース電極102およびドレイン電極104の材料は、上記金属の単体元素、または上記金属の合金であってよい。ソース電極102およびドレイン電極104は、上記金属の単体元素または合金の積層構造を有してよい。   The source electrode 102 and the drain electrode 104 may be an example of an electric element element. The source electrode 102 and the drain electrode 104 are disposed in contact with the carrier supply layer 130 and constitute input / output electrodes of the high electron mobility transistor. Examples of the material composing the source electrode 102 and the drain electrode 104 include Ni, Au, Ti, W, and Al transition metals. The material of the source electrode 102 and the drain electrode 104 may be a single element of the metal or an alloy of the metal. The source electrode 102 and the drain electrode 104 may have a stacked structure of a single element or an alloy of the metal.

ゲート電極106は、電気素子要素の一例であってよい。ゲート電極106は、絶縁層134に接して配置される。ゲート電極106を組成する材料として、Au、Ni、Pt、Wが例示できる。ゲート電極106の材料は、上記金属の単体、または上記金属の合金であってよい。ゲート電極106は、上記金属の積層構造を有してよい。   The gate electrode 106 may be an example of an electric element element. The gate electrode 106 is disposed in contact with the insulating layer 134. Examples of the material for forming the gate electrode 106 include Au, Ni, Pt, and W. The material of the gate electrode 106 may be the above metal alone or an alloy of the above metal. The gate electrode 106 may have a stacked structure of the above metals.

ゲート延伸部107は、電気素子要素の一例であってよい。ゲート延伸部107は、ゲート電極の延長部分であって、ゲート配線118と共に、ゲート電極106をゲートパッド112に接続する。ゲート延伸部107は、素子分離領域140の上に配置される。   The gate extension 107 may be an example of an electric element element. The gate extension 107 is an extension of the gate electrode and connects the gate electrode 106 to the gate pad 112 together with the gate wiring 118. The gate extension 107 is disposed on the element isolation region 140.

ソース引出配線108は、電気素子要素の一例であってよい。ソース引出配線108は、ソース配線114を通じてソース電極102に接続される。ソース引出配線108は、ソース電極102を半導体装置100の外部と接続する端子である。ソース引出配線108は、ソース電極102と同じ材料を有してよい。   The source lead wiring 108 may be an example of an electric element element. The source lead wiring 108 is connected to the source electrode 102 through the source wiring 114. The source lead wiring 108 is a terminal that connects the source electrode 102 to the outside of the semiconductor device 100. The source lead wiring 108 may have the same material as the source electrode 102.

ドレイン引出配線110は、電気素子要素の一例であってよい。ドレイン引出配線110は、ドレイン配線116を通じてドレイン電極104に接続される。ドレイン引出配線110は、ドレイン電極104を半導体装置100の外部と接続する端子である。ドレイン引出配線110は、ドレイン電極104と同じ材料を有してよい。   The drain lead wiring 110 may be an example of an electric element element. The drain lead wiring 110 is connected to the drain electrode 104 through the drain wiring 116. The drain lead wiring 110 is a terminal that connects the drain electrode 104 to the outside of the semiconductor device 100. The drain lead wiring 110 may have the same material as the drain electrode 104.

ゲートパッド112は、電気素子要素の一例であってよい。ゲートパッド112は、ゲート配線118およびゲート延伸部107を通じてゲート電極106に接続される。ゲートパッド112は、ゲート電極106を半導体装置100の外部と接続する端子である。ゲートパッド112は、ゲート電極106と同じ材料を有してよい。   The gate pad 112 may be an example of an electric element element. The gate pad 112 is connected to the gate electrode 106 through the gate wiring 118 and the gate extension 107. The gate pad 112 is a terminal that connects the gate electrode 106 to the outside of the semiconductor device 100. The gate pad 112 may have the same material as the gate electrode 106.

ソース配線114は、電気素子要素の一例であってよい。ソース配線114は、複数のソース電極102をソース引出配線108に接続する。ソース配線114は、ソース電極102と同じ材料を有してよい。   The source wiring 114 may be an example of an electric element element. The source wiring 114 connects the plurality of source electrodes 102 to the source lead wiring 108. The source wiring 114 may have the same material as the source electrode 102.

ドレイン配線116は、電気素子要素の一例であってよい。ドレイン配線116は、複数のドレイン電極104をドレイン引出配線110に接続する。ドレイン配線116は、ドレイン電極104と同じ材料を有してよい。   The drain wiring 116 may be an example of an electric element element. The drain wiring 116 connects the plurality of drain electrodes 104 to the drain lead wiring 110. The drain wiring 116 may have the same material as the drain electrode 104.

ゲート配線118は、電気素子要素の一例であってよい。ゲート配線118は、複数のゲート電極106をゲートパッド112に接続する。ゲート配線118は、ゲート電極106と同じ材料を有してよい。   The gate wiring 118 may be an example of an electric element element. The gate wiring 118 connects the plurality of gate electrodes 106 to the gate pad 112. The gate wiring 118 may have the same material as the gate electrode 106.

支持基板122は、半導体材料の一例であってよく、薄膜を支持する。支持基板122としては、単結晶アルミナ、SiC、Siウェハが例示できる。   The support substrate 122 may be an example of a semiconductor material and supports a thin film. Examples of the support substrate 122 include single crystal alumina, SiC, and Si wafer.

バッファ層124は、半導体材料の一例であってよい。バッファ層124は、チャンネル層126の結晶質を確保するほか、支持基板122の表面に残留する不純物による半導体装置100の特性劣化を防ぐ。バッファ層124は、チャンネル層126からのリーク電流を抑制する役割を果たす。バッファ層124は、上層に形成されるチャンネル層126と、支持基板122との格子間距離を整合させる緩衝層としても機能する。バッファ層124材料として、GaN、AlGaNが例示できる。   The buffer layer 124 may be an example of a semiconductor material. The buffer layer 124 ensures the crystal quality of the channel layer 126 and prevents the deterioration of the characteristics of the semiconductor device 100 due to impurities remaining on the surface of the support substrate 122. The buffer layer 124 serves to suppress leakage current from the channel layer 126. The buffer layer 124 also functions as a buffer layer that matches the interstitial distance between the channel layer 126 formed in the upper layer and the support substrate 122. Examples of the material of the buffer layer 124 include GaN and AlGaN.

チャンネル層126は、半導体材料の一例であってよい。チャンネル層126は、スペーサ層128との界面において2次元電子ガスを形成して、ソース電極とドレイン電極との間の電流チャンネルを形成する。チャンネル層126材料として、i型GaNが例示できる。   The channel layer 126 may be an example of a semiconductor material. The channel layer 126 forms a two-dimensional electron gas at the interface with the spacer layer 128 to form a current channel between the source electrode and the drain electrode. An example of the material of the channel layer 126 is i-type GaN.

スペーサ層128は、半導体材料の一例であってよい。スペーサ層128は、チャンネル層126とキャリア供給層130との間に形成され、2次電子ガスをキャリア供給層130から離れた位置に形成するよう作用する。スペーサ層128の材料として、i型AlGaNが例示できる。   The spacer layer 128 may be an example of a semiconductor material. The spacer layer 128 is formed between the channel layer 126 and the carrier supply layer 130 and acts to form a secondary electron gas at a position away from the carrier supply layer 130. An example of the material of the spacer layer 128 is i-type AlGaN.

キャリア供給層130は、半導体材料の一例であってよい。キャリア供給層130は、チャンネル層126にキャリアを供給する。キャリア供給層130の材料として、n型AlGaNが例示できる。   The carrier supply layer 130 may be an example of a semiconductor material. The carrier supply layer 130 supplies carriers to the channel layer 126. An example of the material of the carrier supply layer 130 is n-type AlGaN.

キャップ層132は、半導体材料の一例であってよい。キャップ層132は、キャップ層132より下に形成される層のストレスを調整する機能、特に、キャリア供給層130を安定化する機能を有する。キャップ層132の材料として、n型GaNが例示できる。   The cap layer 132 may be an example of a semiconductor material. The cap layer 132 has a function of adjusting stress of a layer formed below the cap layer 132, particularly a function of stabilizing the carrier supply layer 130. An example of the material of the cap layer 132 is n-type GaN.

絶縁層134は、要素間絶縁膜の一例であってよい。図3のa部において、絶縁層134は、半導体材料であるキャップ層132とゲート電極106との間に配置され、MIS型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜を構成する。絶縁層134は、比誘電率が10以上の高誘電体層を有してよい。絶縁層134として、例えば、タンタルオキサイド、ジルコニウムオキサイド、ハフニウムオキサイド、ランタンオキサイド、イットリウムオキサイド、チタンオキサイド、バリウムストロンチウムチタンオキサイド(BST)、ストロンチウムチタンオキサイド(STO)、チタン酸ジルコン酸塩(PZT)、ストロンチウムビスマスタンタルオキサイド(SBT)などが挙げられる。比誘電率が10以上の高誘電体層を絶縁層134に採用することによって、ゲートリーク電流を低減することができる。   The insulating layer 134 may be an example of an inter-element insulating film. In FIG. 3A, the insulating layer 134 is disposed between the cap layer 132, which is a semiconductor material, and the gate electrode 106, and constitutes a gate insulating film of the MIS field effect transistor. The insulating layer 134 may include a high dielectric layer having a relative dielectric constant of 10 or more. As the insulating layer 134, for example, tantalum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, lanthanum oxide, yttrium oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide (BST), strontium titanium oxide (STO), zirconate titanate (PZT), strontium Examples thereof include bismuth tantalum oxide (SBT). By adopting a high dielectric layer having a relative dielectric constant of 10 or more for the insulating layer 134, gate leakage current can be reduced.

絶縁層134は、ソース電極102とゲート電極106との間、またゲート電極106とドレイン電極104との間にあるキャップ層132の表面にも配置される。絶縁層134は、半導体材料のキャップ層132に対してドナーまたはアクセプタになる不純物がキャップ層132に接触することを阻害できる。その結果、不純物浸入によるリーク電流の発生を防ぐことができる。   The insulating layer 134 is also disposed on the surface of the cap layer 132 between the source electrode 102 and the gate electrode 106 and between the gate electrode 106 and the drain electrode 104. The insulating layer 134 can prevent impurities that become donors or acceptors from contacting the cap layer 132 with respect to the cap layer 132 of a semiconductor material. As a result, it is possible to prevent the occurrence of a leak current due to impurity penetration.

図3のb部に示すとおり、絶縁層134は、ゲート延伸部107と素子分離領域140との間に配置される。絶縁層134は、ソース電極102とゲート延伸部107との間、またゲート延伸部107とドレイン電極104との間にある、素子分離領域140の表面にも配置される。上記の配置により、絶縁層134は、半導体材料に対してドナーまたはアクセプタになる不純物が素子分離領域140に接触することを阻害できる。   As shown in part b of FIG. 3, the insulating layer 134 is disposed between the gate extension 107 and the element isolation region 140. The insulating layer 134 is also disposed on the surface of the element isolation region 140 between the source electrode 102 and the gate extension portion 107 and between the gate extension portion 107 and the drain electrode 104. With the above arrangement, the insulating layer 134 can prevent impurities that serve as donors or acceptors for the semiconductor material from coming into contact with the element isolation region 140.

絶縁層134は、半導体材料と他の電気素子要素との間にも配置されてよい。絶縁層134は、複数の電気素子要素の間にある半導体材料の表面にも配置されてよい。このような配置により、絶縁層134は、半導体材料に対してドナーまたはアクセプタになる不純物が半導体材料に接触することを阻害でき、不純物浸入によるリーク電流の発生を防ぐことができる。   Insulating layer 134 may also be disposed between the semiconductor material and other electrical element elements. Insulating layer 134 may also be disposed on the surface of the semiconductor material between the plurality of electrical element elements. With such an arrangement, the insulating layer 134 can prevent impurities that serve as donors or acceptors for the semiconductor material from coming into contact with the semiconductor material, and can prevent the occurrence of leakage current due to the intrusion of impurities.

下層保護絶縁膜136は、図1における下層保護絶縁膜16の一例であってよい。下層保護絶縁膜136は、比誘電率が10以上の高誘電体層を有してよい。高誘電体の例として、タンタルオキサイド、ジルコニウムオキサイド、ハフニウムオキサイド、ランタンオキサイド、イットリウムオキサイド、チタンオキサイド、バリウムストロンチウムチタンオキサイド(BST)、ストロンチウムチタンオキサイド(STO)、チタン酸ジルコン酸塩(PZT)、ストロンチウムビスマスタンタルオキサイド(SBT)などが挙げられる。   The lower protective insulating film 136 may be an example of the lower protective insulating film 16 in FIG. The lower protective insulating film 136 may include a high dielectric layer having a relative dielectric constant of 10 or more. Examples of high dielectrics include tantalum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, lanthanum oxide, yttrium oxide, titanium oxide, barium strontium titanium oxide (BST), strontium titanium oxide (STO), zirconate titanate (PZT), strontium Examples thereof include bismuth tantalum oxide (SBT).

下層保護絶縁膜136は、ソース電極102、ドレイン電極104、ゲート電極106等電気素子要素に含有される金属と上層保護絶縁膜138に含有されるシリコンとの接触を阻害できる。下層保護絶縁膜136は、上層保護絶縁膜138に含まれるシリコンによって、電気素子要素がシリサイド化することを防止できる。シリサイド化の防止により、シリサイド化によって発生する悪影響、例えば、複数の電気素子要素の間におけるリーク電流の発生を抑制できる。下層保護絶縁膜136は、また、上層保護絶縁膜138に含まれるシリコンが、キャップ層132等に浸入するのを抑制できる。   The lower protective insulating film 136 can inhibit the contact between the metal contained in the electric element such as the source electrode 102, the drain electrode 104, and the gate electrode 106 and the silicon contained in the upper protective insulating film 138. The lower protective insulating film 136 can prevent the electric element element from being silicided by silicon contained in the upper protective insulating film 138. By preventing silicidation, it is possible to suppress adverse effects caused by silicidation, for example, generation of leakage current between a plurality of electric element elements. The lower protective insulating film 136 can also prevent silicon contained in the upper protective insulating film 138 from entering the cap layer 132 and the like.

図3のb部において、ゲート延伸部107と素子分離領域140との間に、絶縁層134が形成される例を示すが、絶縁層134はなくてもよい。そのような場合でも、下層保護絶縁膜136は、シリコンを含む上層保護絶縁膜138が直接素子分離領域140の表面と接触することを阻害できる。下層保護絶縁膜136は、シリコンが素子分離領域140に浸入することによるリーク電流の増加を防止できる。   FIG. 3B shows an example in which the insulating layer 134 is formed between the gate extension 107 and the element isolation region 140, but the insulating layer 134 may not be provided. Even in such a case, the lower protective insulating film 136 can prevent the upper protective insulating film 138 containing silicon from coming into direct contact with the surface of the element isolation region 140. The lower protective insulating film 136 can prevent an increase in leakage current due to silicon entering the element isolation region 140.

上層保護絶縁膜138は、図1における上層保護絶縁膜18の一例であってよい。上層保護絶縁膜138は、下層保護絶縁膜136の上に配置される。上層保護絶縁膜138は、シリコンを含んでよい。上層保護絶縁膜138は、シリコンおよび窒素を含んでよく、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコンであってよい。窒化シリコンは、その緻密性によって、絶縁効果のほか、湿気、不純物等から電気素子要素を保護することができる。   The upper protective insulating film 138 may be an example of the upper protective insulating film 18 in FIG. The upper protective insulating film 138 is disposed on the lower protective insulating film 136. The upper protective insulating film 138 may contain silicon. The upper protective insulating film 138 may contain silicon and nitrogen, and may be, for example, silicon nitride or silicon nitride oxide. Silicon nitride can protect the electric element element from moisture, impurities, etc., in addition to the insulating effect, due to its denseness.

素子分離領域140は、支持基板122、バッファ層124、チャンネル層126、スペーサ層128、キャリア供給層130およびキャップ層132等の半導体材料において、素子分離処理により形成された領域である。素子分離領域140は、上記半導体材料にイオンを注入することによって、結晶構造を破壊することにより形成できる。   The element isolation region 140 is a region formed by element isolation processing in a semiconductor material such as the support substrate 122, the buffer layer 124, the channel layer 126, the spacer layer 128, the carrier supply layer 130, and the cap layer 132. The element isolation region 140 can be formed by destroying the crystal structure by implanting ions into the semiconductor material.

コンデンサ下部電極142は、電気素子要素の一例であってよい。コンデンサ下部電極142は、シリサイド化される金属を含有してよい。シリサイド化される金属の例としては、Ni、Au、Ti、Wが挙げられる。   The capacitor lower electrode 142 may be an example of an electric element element. The capacitor lower electrode 142 may contain a metal to be silicided. Examples of the metal to be silicided include Ni, Au, Ti, and W.

コンデンサ絶縁層144は、コンデンサ下部電極142とコンデンサ上部電極146とを絶縁する。コンデンサ絶縁層144の材料として、タンタルオキサイド、ジルコニウムオキサイド、ハフニウムオキサイドなどが例示できる。   The capacitor insulating layer 144 insulates the capacitor lower electrode 142 and the capacitor upper electrode 146. Examples of the material of the capacitor insulating layer 144 include tantalum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, and the like.

コンデンサ上部電極146は、電気素子要素の一例であってよい。コンデンサ上部電極146は、シリサイド化される金属を含有してよい。シリサイド化される金属の例としては、Ni、Au、Ti、Wが挙げられる。   The capacitor upper electrode 146 may be an example of an electric element element. The capacitor upper electrode 146 may contain a metal to be silicided. Examples of the metal to be silicided include Ni, Au, Ti, and W.

図1に示すとおり、複数のソース電極102と、複数のドレイン電極104と、複数のゲート電極106とは、互いに隣接して配置されてよい。複数のソース電極102は、ソース配線114によってソース引出配線108に接続される。複数のドレイン電極104は、ドレイン配線116によってドレイン引出配線110に接続される。複数のゲート電極106は、ゲート延伸部107およびゲート配線118によってゲートパッド112に接続される。   As shown in FIG. 1, the plurality of source electrodes 102, the plurality of drain electrodes 104, and the plurality of gate electrodes 106 may be disposed adjacent to each other. The plurality of source electrodes 102 are connected to the source lead wiring 108 by the source wiring 114. The plurality of drain electrodes 104 are connected to the drain lead wiring 110 by the drain wiring 116. The plurality of gate electrodes 106 are connected to the gate pad 112 by the gate extension 107 and the gate wiring 118.

図3のa部は、能動素子の高電子移動度トランジスタの構造を示す。当該高電子移動度トランジスタにおいて、ゲート幅が1mmにおけるリーク電流が、500pA以下であってよく、オン抵抗が、2Ωmm以下であってよい。ここで「リーク電流」は、ゲートと他の電気素子要素または半導体基板との間のゲートリーク電流およびトランジスタがオフ時に発生するソースとドレイン間のオフリーク電流を含んでよい。   Part a of FIG. 3 shows the structure of a high electron mobility transistor as an active element. In the high electron mobility transistor, the leakage current when the gate width is 1 mm may be 500 pA or less, and the on-resistance may be 2 Ωmm or less. Here, the “leakage current” may include a gate leakage current between the gate and another electric element element or the semiconductor substrate and an off-leakage current between the source and the drain generated when the transistor is off.

図4から図10は、半導体装置100の製造過程における断面例を概略的に示す。以下、図面を用いて半導体装置100の製造方法について説明する。   4 to 10 schematically show cross-sectional examples in the manufacturing process of the semiconductor device 100. FIG. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device 100 will be described with reference to the drawings.

図4に示すとおり、支持基板122と、バッファ層124と、チャンネル層126と、スペーサ層128と、キャリア供給層130と、キャップ層132とを含む半導体材料基板を用意する。半導体材料基板は、電気素子要素を形成できる半導体層を有していればよい。例えば、半導体材料基板は、支持基板122と、チャンネル層126と、キャリア供給層130とによって構成されてよい。   As shown in FIG. 4, a semiconductor material substrate including a support substrate 122, a buffer layer 124, a channel layer 126, a spacer layer 128, a carrier supply layer 130, and a cap layer 132 is prepared. The semiconductor material substrate only needs to have a semiconductor layer capable of forming an electric element element. For example, the semiconductor material substrate may be constituted by the support substrate 122, the channel layer 126, and the carrier supply layer 130.

上記半導体材料基板は、支持基板122に、順次バッファ層124、チャンネル層126、スペーサ層128、キャリア供給層130およびキャップ層132をエピタキシャル成長して形成できる。エピタキシャル成長法として、有機金属気相成長法(MOCVD法)、分子線エピタキシー法(MBE法)が例示できる。   The semiconductor material substrate can be formed by epitaxially growing the buffer layer 124, the channel layer 126, the spacer layer 128, the carrier supply layer 130, and the cap layer 132 in this order on the support substrate 122. Examples of the epitaxial growth method include a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) and a molecular beam epitaxy method (MBE method).

図5に示すとおり、キャップ層132の上に、絶縁層134を形成する。絶縁層134は、スパッタ法、化学気相成長法(CVD法)、MOCVD法等を使用して形成できる。   As shown in FIG. 5, the insulating layer 134 is formed on the cap layer 132. The insulating layer 134 can be formed by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), MOCVD, or the like.

図6に示すように、ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142を形成する。ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142の形成は、まず、絶縁層134表面に、ソース電極102およびドレイン電極104の作成部位に開口を有するフォトレジスト膜を形成する。当該フォトレジスト膜をマスクにしてエッチングすることにより、ソース電極102およびドレイン電極104の作成部位における絶縁層134およびキャップ層132を除去する。その後、ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142となる導電膜を堆積した後、フォトレジスト膜をリフトオフすることによって、ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142を形成する。絶縁層134をエッチングする方法として、F系混合ガスによるドライエッチングが例示できる。キャップ層132をエッチングする方法としては、塩素ガスまたは塩素系ガスによるドライエッチングが例示できる。ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142の形成の後、シンタリング等を目的として、ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142をアニール処理してよい。アニール処理の方法として、例えば、N雰囲気において750℃で3分の熱処理が例示できる。 As shown in FIG. 6, the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor | condenser lower electrode 142 are formed. In forming the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142, first, a photoresist film having openings at the portions where the source electrode 102 and the drain electrode 104 are formed is formed on the surface of the insulating layer 134. By etching using the photoresist film as a mask, the insulating layer 134 and the cap layer 132 at the site where the source electrode 102 and the drain electrode 104 are formed are removed. Thereafter, a conductive film to be the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142 is deposited, and then the photoresist film is lifted off to form the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142. As a method for etching the insulating layer 134, dry etching using an F-based mixed gas can be exemplified. Examples of the method for etching the cap layer 132 include dry etching using chlorine gas or chlorine-based gas. After forming the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142, the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142 may be annealed for the purpose of sintering and the like. An example of the annealing process is a heat treatment at 750 ° C. for 3 minutes in an N 2 atmosphere.

図6のa部は、図2のA−A部の断面例であって、図3のa部に対応する部分の製造過程における断面を概略的に示す。図6のb部は、図2のB−B部の断面例であり、図3のb部に対応する部分の製造過程における断面を概略的に示す。図6のc部は、図3のc部に対応するコンデンサを形成する製造過程における断面を概略的に示す。以下、図7から図10までにおけるa、b、c各部分も同様である。   6 is a cross-sectional example of the AA portion of FIG. 2, and schematically shows a cross section in a manufacturing process of a portion corresponding to the a portion of FIG. Part b of FIG. 6 is a cross-sectional example of the part BB of FIG. 2, and schematically shows a cross section in the manufacturing process of a part corresponding to part b of FIG. 3. Part c of FIG. 6 schematically shows a cross section in the manufacturing process of forming a capacitor corresponding to part c of FIG. The same applies to each of the parts a, b, and c in FIGS.

図7に示すように、素子分離領域140を形成する。素子分離領域140は、素子分離領域140を形成する予定領域に開口を有するフォトレジスト膜をたとえばフォトリソグラフィ法により形成し、当該フォトレジスト膜をマスクにして、たとえばボロンのイオン注入により形成できる。なお、アルゴンのイオン注入によっても形成できる。   As shown in FIG. 7, an element isolation region 140 is formed. The element isolation region 140 can be formed by, for example, photolithography using a photoresist film having an opening in a region where the element isolation region 140 is to be formed, and using the photoresist film as a mask, for example, by boron ion implantation. It can also be formed by argon ion implantation.

図5の説明において、キャップ層132をエピタキシャル成長した後に、絶縁層134を形成する例を示したが、素子分離領域140を形成した後に、絶縁層134を形成してもよい。この場合、絶縁層134がソース電極102とドレイン電極104とを覆うことになり、ソース電極102とドレイン電極104とのシリサイド化を抑制して、リーク電流を低減できる。   In the description of FIG. 5, the example in which the insulating layer 134 is formed after the cap layer 132 is epitaxially grown is shown, but the insulating layer 134 may be formed after the element isolation region 140 is formed. In this case, the insulating layer 134 covers the source electrode 102 and the drain electrode 104, silicidation between the source electrode 102 and the drain electrode 104 can be suppressed, and leakage current can be reduced.

図8に示すように、コンデンサ絶縁層144を、たとえばスパッタ法により形成し、図9に示すように、絶縁層134の表面に、ゲート電極106およびゲート延伸部107を形成する。同時に、コンデンサ絶縁層144の表面にコンデンサ上部電極146を形成する。ゲート電極106、ゲート延伸部107およびコンデンサ上部電極146は、たとえばゲート電極106、ゲート延伸部107およびコンデンサ上部電極146を形成する予定領域に開口を有するフォトレジスト膜を形成した後、導電膜を堆積し、フォトレジスト膜をリフトオフして形成できる。ゲート電極106等の形成後に、シンタリング等を目的としてアニール処理をしてよい。アニール処理の方法として、例えば、N雰囲気において360℃で60min処理が例示できる。 As shown in FIG. 8, a capacitor insulating layer 144 is formed by sputtering, for example, and as shown in FIG. 9, a gate electrode 106 and a gate extending portion 107 are formed on the surface of the insulating layer 134. At the same time, a capacitor upper electrode 146 is formed on the surface of the capacitor insulating layer 144. For example, the gate electrode 106, the gate extension 107, and the capacitor upper electrode 146 are formed by forming a photoresist film having an opening in a region where the gate electrode 106, the gate extension 107 and the capacitor upper electrode 146 are to be formed, and then depositing a conductive film. The photoresist film can be lifted off. After forming the gate electrode 106 and the like, an annealing treatment may be performed for the purpose of sintering and the like. As a method for the annealing treatment, for example, a treatment for 60 minutes at 360 ° C. in an N 2 atmosphere can be exemplified.

なお、素子分離領域140の絶縁性の向上を目的として、素子分離領域140に、再度イオン注入をしてよい。再度のイオン注入によりリーク電流を効果的に抑制できる。   Note that ion implantation may be performed again in the element isolation region 140 for the purpose of improving the insulation of the element isolation region 140. Leakage current can be effectively suppressed by ion implantation again.

図10に示すとおり、電気素子要素の一例である、ソース電極102、ドレイン電極104、コンデンサ下部電極142、ゲート電極106、ゲート延伸部107およびコンデンサ上部電極146を覆う、下層保護絶縁膜136を形成する。下層保護絶縁膜136は、スパッタ法、CVD法等を使用して形成できる。   As shown in FIG. 10, a lower protective insulating film 136 is formed to cover the source electrode 102, the drain electrode 104, the capacitor lower electrode 142, the gate electrode 106, the gate extension 107, and the capacitor upper electrode 146, which is an example of an electric element element. To do. The lower protective insulating film 136 can be formed using a sputtering method, a CVD method, or the like.

そして、下層保護絶縁膜136の上に、上層保護絶縁膜138を形成して、図3に示す半導体装置100が製造できる。上層保護絶縁膜138は、CVD法、スパッタ法等を使用して形成できる。この後、ソース電極102、ドレイン電極104、コンデンサ下部電極142、ゲート電極106、ゲート延伸部107およびコンデンサ上部電極146のいずれかに接続するコンタクトホールを上層保護絶縁膜138および下層保護絶縁膜136に形成し、形成したコンタクトホールを介して電極配線を形成できる。更に、最終保護膜を形成することによって、最終的な製品とすることができる。   Then, by forming the upper protective insulating film 138 on the lower protective insulating film 136, the semiconductor device 100 shown in FIG. 3 can be manufactured. The upper protective insulating film 138 can be formed using a CVD method, a sputtering method, or the like. Thereafter, contact holes connected to any one of the source electrode 102, the drain electrode 104, the capacitor lower electrode 142, the gate electrode 106, the gate extension 107, and the capacitor upper electrode 146 are formed in the upper protective insulating film 138 and the lower protective insulating film 136. The electrode wiring can be formed through the formed contact hole. Furthermore, a final product can be obtained by forming a final protective film.

上記実施態様において、ゲート電極106とキャップ層132との間以外にも、絶縁層134が、キャップ層132の表面あるいは素子分離領域140の表面に配置される。しかし、キャップ層132の表面あるいは素子分離領域140の表面に、絶縁層134によって覆わない部分があっても、本実施形態の2層保護絶縁膜のパッシベーションによって、キャップ層132あるいは素子分離領域140に対してドナーまたはアクセプタになる不純物がキャップ層132あるいは素子分離領域140に接触することを阻害できる。これにより、リーク電流の発生を抑制できる。   In the above embodiment, the insulating layer 134 is disposed on the surface of the cap layer 132 or the surface of the element isolation region 140 other than between the gate electrode 106 and the cap layer 132. However, even if there is a portion that is not covered by the insulating layer 134 on the surface of the cap layer 132 or the element isolation region 140, the cap layer 132 or the element isolation region 140 is formed by the passivation of the two-layer protective insulating film of this embodiment. On the other hand, impurities that become donors or acceptors can be prevented from contacting the cap layer 132 or the element isolation region 140. Thereby, generation | occurrence | production of leak current can be suppressed.

図11は、他の実施形態である半導体装置200の断面例を概略的に示す。半導体装置200の上面概略図は、半導体装置100の図2と同様であるので、記載を省略する。   FIG. 11 schematically shows a cross-sectional example of a semiconductor device 200 according to another embodiment. A schematic top view of the semiconductor device 200 is the same as FIG.

図11のa部、b部、およびc部は、図3と同様の断面例を示す。図3のa部およびb部に示した半導体装置100では、キャップ層132の表面あるいは素子分離領域140の表面は、全て絶縁層134で覆われている。それに対して、図11のa部およびb部に示した半導体装置200では、キャップ層132の表面あるいは素子分離領域140の表面は、ゲート絶縁層234によって覆わない部分がある点で相違する。   The a part, b part, and c part of FIG. 11 show the same cross-sectional examples as FIG. In the semiconductor device 100 shown in part a and part b of FIG. 3, the surface of the cap layer 132 or the surface of the element isolation region 140 is all covered with the insulating layer 134. On the other hand, the semiconductor device 200 shown in FIGS. 11A and 11B is different in that the surface of the cap layer 132 or the surface of the element isolation region 140 is not covered by the gate insulating layer 234.

半導体材料のキャップ層132に対してドナーまたはアクセプタになる不純物がキャップ層132に接触する場合、例えば、窒化シリコンを有する上層保護絶縁膜138が直接キャップ層132に接触する場合に、シリコンがキャップ層132に対してドナーまたはアクセプタとなり、接触界面でリークパスを形成することがある。しかし、半導体装置200では、下層保護絶縁膜136を有するので、ドナー不純物等のキャップ層132への拡散を防ぐことができる。   When an impurity that becomes a donor or an acceptor with respect to the cap layer 132 of a semiconductor material is in contact with the cap layer 132, for example, when the upper protective insulating film 138 having silicon nitride is in direct contact with the cap layer 132, the silicon is the cap layer. It becomes a donor or an acceptor for 132 and may form a leak path at the contact interface. However, since the semiconductor device 200 includes the lower protective insulating film 136, diffusion of donor impurities and the like into the cap layer 132 can be prevented.

図12から図17は、図11に示す半導体装置200の製造過程における断面を概略的に示す。但し、図4から図10と同じ内容については、説明を省略する場合がある。   12 to 17 schematically show cross sections in the manufacturing process of the semiconductor device 200 shown in FIG. However, description of the same contents as in FIGS. 4 to 10 may be omitted.

図4に示すとおり、支持基板122と、バッファ層124と、チャンネル層126と、スペーサ層128と、キャリア供給層130と、キャップ層132とを含む半導体材料基板を用意する。半導体材料基板は、電気素子要素を形成できる半導体層を有していればよい。例えば、半導体材料基板は、支持基板122と、チャンネル層126と、キャリア供給層130とによって構成されてよい。   As shown in FIG. 4, a semiconductor material substrate including a support substrate 122, a buffer layer 124, a channel layer 126, a spacer layer 128, a carrier supply layer 130, and a cap layer 132 is prepared. The semiconductor material substrate only needs to have a semiconductor layer capable of forming an electric element element. For example, the semiconductor material substrate may be constituted by the support substrate 122, the channel layer 126, and the carrier supply layer 130.

図12に示すように、ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142を形成する。ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142の形成は、まず、キャップ層132表面に、ソース電極102およびドレイン電極104の作成部位に開口を有するフォトレジスト膜を形成する。当該フォトレジスト膜をマスクにしてエッチングすることにより、ソース電極102およびドレイン電極104の作成部位におけるキャップ層132を除去する。   As shown in FIG. 12, the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor | condenser lower electrode 142 are formed. In forming the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142, first, a photoresist film having openings at the formation site of the source electrode 102 and the drain electrode 104 is formed on the surface of the cap layer 132. By etching using the photoresist film as a mask, the cap layer 132 at the site where the source electrode 102 and the drain electrode 104 are formed is removed.

その後、ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142となる導電膜を堆積した後、フォトレジスト膜をリフトオフすることによって、ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142を形成する。キャップ層132をエッチングする方法としては、塩素ガスまたは塩素系ガスによるドライエッチングが例示できる。ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142の形成の後、シンタリング等を目的として、ソース電極102、ドレイン電極104およびコンデンサ下部電極142をアニール処理してよい。アニール処理の方法として、例えば、N雰囲気において750℃で3分の熱処理が例示できる。 Thereafter, a conductive film to be the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142 is deposited, and then the photoresist film is lifted off to form the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142. Examples of the method for etching the cap layer 132 include dry etching using chlorine gas or chlorine-based gas. After forming the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142, the source electrode 102, the drain electrode 104, and the capacitor lower electrode 142 may be annealed for the purpose of sintering and the like. An example of the annealing process is a heat treatment at 750 ° C. for 3 minutes in an N 2 atmosphere.

図13に示すように、素子分離領域140を形成する。素子分離領域140は、素子分離領域140を形成する予定領域に開口を有するフォトレジスト膜をたとえばフォトリソグラフィ法により形成し、当該フォトレジスト膜をマスクにして、たとえばボロンのイオン注入により形成できる。なお、アルゴンのイオン注入によっても形成できる。   As shown in FIG. 13, an element isolation region 140 is formed. The element isolation region 140 can be formed by, for example, photolithography using a photoresist film having an opening in a region where the element isolation region 140 is to be formed, and using the photoresist film as a mask, for example, by boron ion implantation. It can also be formed by argon ion implantation.

図14に示すとおり、ゲート絶縁層234を、たとえばスパッタ法により形成する。本実施例では、コンデンサ絶縁層144はゲート絶縁層234と同時に形成できるので、工程を簡略化できる。   As shown in FIG. 14, the gate insulating layer 234 is formed by sputtering, for example. In this embodiment, since the capacitor insulating layer 144 can be formed simultaneously with the gate insulating layer 234, the process can be simplified.

図15に示すように、ゲート絶縁層234の表面に、ゲート電極106およびゲート延伸部107を形成する。同時に、コンデンサ絶縁層144の表面にコンデンサ上部電極146を形成する。ゲート電極106、ゲート延伸部107およびコンデンサ上部電極146は、たとえばゲート電極106、ゲート延伸部107およびコンデンサ上部電極146を形成する予定領域に開口を有するフォトレジスト膜を形成した後、導電膜を堆積し、フォトレジスト膜をリフトオフして形成できる。   As shown in FIG. 15, the gate electrode 106 and the gate extension portion 107 are formed on the surface of the gate insulating layer 234. At the same time, a capacitor upper electrode 146 is formed on the surface of the capacitor insulating layer 144. For example, the gate electrode 106, the gate extension 107, and the capacitor upper electrode 146 are formed by forming a photoresist film having an opening in a region where the gate electrode 106, the gate extension 107 and the capacitor upper electrode 146 are to be formed, and then depositing a conductive film. The photoresist film can be lifted off.

図16に示すとおり、たとえばエッチング法を用いて、電極等で覆われる部分以外の領域にあるゲート絶縁層234を除去する。ゲート絶縁層234をエッチングする方法としては、F系混合ガスによるドライエッチングが例示できる。その後、アニール処理をしてよい。このアニール処理により、ドライエッチングによるダメージを低減し、トランジスタのオン抵抗を下げることができる。アニール処理の方法として、例えば、N雰囲気において360℃で60min処理することが例示できる。 As shown in FIG. 16, the gate insulating layer 234 in the region other than the portion covered with the electrode or the like is removed by using, for example, an etching method. As a method for etching the gate insulating layer 234, dry etching using an F-based mixed gas can be exemplified. Thereafter, annealing may be performed. By this annealing treatment, damage due to dry etching can be reduced and the on-resistance of the transistor can be lowered. As a method for the annealing treatment, for example, a treatment at 360 ° C. for 60 minutes in an N 2 atmosphere can be exemplified.

なお、素子分離領域140の絶縁性向上を目的として、素子分離領域140に、再度イオン注入をしてよい。再度のイオン注入によりリーク電流を効果的に抑制できる。   Note that ion implantation may be performed again in the element isolation region 140 for the purpose of improving the insulation of the element isolation region 140. Leakage current can be effectively suppressed by ion implantation again.

図16のa部において、ソース電極102とゲート電極106との間、またゲート電極106とドレイン電極104と間のキャップ層132の表面に、ゲート絶縁層234が配置されていない。従って、キャップ層132に対してドナーまたはアクセプタになる不純物がキャップ層132に接触すると、リークパスが形成されて、リーク電流が発生する場合がある。図16のb部においても、ソース電極102とゲート延伸部107との間、またゲート延伸部107とドレイン電極104と間の素子分離領域140の表面に、ゲート絶縁層234が配置されていない。このような表面でも同様にリーク電流が発生する可能性がある。しかし、本例においては、下層保護絶縁膜136が形成されるので、ドナーまたはアクセプタになる不純物がキャップ層132あるいは素子分離領域140に浸入することが抑制できる。   In part a of FIG. 16, the gate insulating layer 234 is not disposed on the surface of the cap layer 132 between the source electrode 102 and the gate electrode 106 and between the gate electrode 106 and the drain electrode 104. Therefore, when an impurity that becomes a donor or an acceptor with respect to the cap layer 132 is in contact with the cap layer 132, a leak path may be formed and a leak current may be generated. Also in part b of FIG. 16, the gate insulating layer 234 is not disposed on the surface of the element isolation region 140 between the source electrode 102 and the gate extension 107 and between the gate extension 107 and the drain electrode 104. There is a possibility that a leak current similarly occurs on such a surface. However, in this example, since the lower protective insulating film 136 is formed, it is possible to suppress the impurities that become donors or acceptors from entering the cap layer 132 or the element isolation region 140.

図17に示すとおり、電気素子要素の一例である、ソース電極102、ドレイン電極104、コンデンサ下部電極142、ゲート電極106、ゲート延伸部107およびコンデンサ上部電極146を覆う、下層保護絶縁膜136を形成する。下層保護絶縁膜136は、スパッタ法、CVD法等を使用して形成できる。   As shown in FIG. 17, a lower protective insulating film 136 is formed to cover the source electrode 102, the drain electrode 104, the capacitor lower electrode 142, the gate electrode 106, the gate extension 107, and the capacitor upper electrode 146, which is an example of an electric element element. To do. The lower protective insulating film 136 can be formed using a sputtering method, a CVD method, or the like.

そして、下層保護絶縁膜136の上に、上層保護絶縁膜138を形成して、図11に示す半導体装置200が製造できる。上層保護絶縁膜138は、CVD法、スパッタ法等を使用して形成できる。   Then, by forming the upper protective insulating film 138 on the lower protective insulating film 136, the semiconductor device 200 shown in FIG. 11 can be manufactured. The upper protective insulating film 138 can be formed using a CVD method, a sputtering method, or the like.

本実施態様において、シリコンを含まない高誘電体下層保護絶縁膜136の上に上層保護絶縁膜138を形成する2層パッシベーションによって、キャップ層132あるいは素子分離領域140に対してドナーまたはアクセプタになる不純物がキャップ層132あるいは素子分離領域140に接触することを阻害できる。また、上記構成を採用することにより、電子素子要素に含まれる金属と上層保護絶縁膜に含まれるSiとがシリサイド化することを抑制できる。その結果、リーク電流の発生を抑制できる。   In this embodiment, an impurity which becomes a donor or an acceptor for the cap layer 132 or the element isolation region 140 by the two-layer passivation that forms the upper protective insulating film 138 on the high dielectric lower protective insulating film 136 that does not contain silicon. Can be prevented from contacting the cap layer 132 or the element isolation region 140. Further, by adopting the above configuration, silicidation of the metal contained in the electronic element element and Si contained in the upper protective insulating film can be suppressed. As a result, generation of leakage current can be suppressed.

(実施例1)
図3のa部およびb部に示す構造を有する高電子移動度トランジスタを製作した。支持基板122は、SiCウェハを使用した。SiCウェハの上に、GaNのバッファ層124、i型GaNのチャンネル層126、i型AlGaNのスペーサ層128、n型AlGaNのキャリア供給層130、n型GaNのキャップ層132を、MOCVD法を用いたエピタキシャル成長により順次形成して半導体材料基板を準備した。
Example 1
A high electron mobility transistor having the structure shown in part a and part b of FIG. 3 was manufactured. As the support substrate 122, a SiC wafer was used. On the SiC wafer, a GaN buffer layer 124, an i-type GaN channel layer 126, an i-type AlGaN spacer layer 128, an n-type AlGaN carrier supply layer 130, and an n-type GaN cap layer 132 are formed by MOCVD. A semiconductor material substrate was prepared by sequentially forming by epitaxial growth.

キャップ層132の上に、スパッタ法によって、膜厚20nmのタンタルオキサイドからなる絶縁層134を形成した。フォトリソグラフィ法およびF系混合ガスによるドライエッチング法を用いてソース電極102およびドレイン電極104の作成部位における絶縁層134を除去した。さらに、塩素ガスまたは塩素系ガスによるドライエッチング法をもちいてキャップ層132を除去した。チタンと、アルミニウムと、ニッケルと、金とからなる積層膜を形成した後、リフトオフにより、不要な積層膜を除去して、ソース電極102およびドレイン電極104を形成した。その後、N雰囲気において750℃で3minアニール処理をした。 An insulating layer 134 made of tantalum oxide having a thickness of 20 nm was formed on the cap layer 132 by sputtering. The insulating layer 134 at the site where the source electrode 102 and the drain electrode 104 were formed was removed by photolithography and dry etching using an F-based mixed gas. Further, the cap layer 132 was removed using a dry etching method using chlorine gas or chlorine-based gas. After forming a laminated film made of titanium, aluminum, nickel, and gold, unnecessary laminated films were removed by lift-off, and the source electrode 102 and the drain electrode 104 were formed. Thereafter, annealing was performed at 750 ° C. for 3 minutes in an N 2 atmosphere.

素子分離領域140を形成した。素子分離領域140は、素子分離領域140を形成する予定領域に開口を有するフォトレジスト膜をフォトリソグラフィ法により形成し、当該フォトレジスト膜をマスクにして、ボロンのイオン注入により形成した。   An element isolation region 140 was formed. The element isolation region 140 was formed by ion implantation of boron using a photoresist film having an opening in a region where the element isolation region 140 is to be formed by photolithography, and using the photoresist film as a mask.

フォトリソグラフィ法により、ゲート電極106の作成部位に開口を有するフォトレジスト膜を形成し、ニッケル膜を堆積した後、不要なニッケル膜をリフトオフにより除去して、ニッケルのゲート電極106を形成した。その後、N雰囲気において360℃で60minのアニールをした。素子分離領域140の絶縁性を向上する目的で、素子分離領域140に、再度ボロンイオンを注入した。 A photoresist film having an opening at the site where the gate electrode 106 was formed was formed by photolithography, a nickel film was deposited, and then the unnecessary nickel film was removed by lift-off to form a nickel gate electrode 106. Thereafter, annealing was performed at 360 ° C. for 60 minutes in an N 2 atmosphere. Boron ions were implanted again into the element isolation region 140 for the purpose of improving the insulation of the element isolation region 140.

スパッタ法により、膜厚5nmのタンタルオキサイドの下層保護絶縁膜136を形成して、その上に、膜厚200nmの窒化シリコンの上層保護絶縁膜138をCVD法で形成した。更に、配線等を形成することで、本実施例に使用した高電子移動度トランジスタを作製した。本実施例1で作製した高電子移動度トランジスタにおいて、ゲート電極の長さが1μmであって、ゲート電極の幅が100μmである。ソース電極およびドレインの電極は、ゲート電極長方向の幅が15μmであって、ゲート電極幅方向の幅が100μmである。また、ソース電極とドレイン電極との間隔は、3μmである。   A 5 nm-thick tantalum oxide lower protective insulating film 136 was formed by sputtering, and a 200 nm-thick silicon nitride upper protective insulating film 138 was formed thereon by CVD. Furthermore, by forming wirings and the like, the high electron mobility transistor used in this example was manufactured. In the high electron mobility transistor manufactured in Example 1, the length of the gate electrode is 1 μm and the width of the gate electrode is 100 μm. The source electrode and the drain electrode have a width in the gate electrode length direction of 15 μm and a width in the gate electrode width direction of 100 μm. The distance between the source electrode and the drain electrode is 3 μm.

図18は、作製した高電子移動度トランジスタについて、ゲートリーク電流を測定した結果である。横軸はゲート電圧を示し、縦軸はゲート電流を示す。ゲート電極に−30Vの電圧を印加した場合に、30pA/mmと極めて低いリーク電流が観察された。下層保護絶縁膜136を用いない従来の高電子移動トランジスタでは、リーク電流が1nA以下に抑えることができないが、図18に示すとおり、下層保護絶縁膜136を有する2層保護絶縁膜のパッシベーションによって、ゲートリーク電流が大きく低減できた。   FIG. 18 shows the results of measuring the gate leakage current of the manufactured high electron mobility transistor. The horizontal axis represents the gate voltage, and the vertical axis represents the gate current. When a voltage of −30 V was applied to the gate electrode, a very low leakage current of 30 pA / mm was observed. In a conventional high electron mobility transistor that does not use the lower protective insulating film 136, the leakage current cannot be suppressed to 1 nA or less, but as shown in FIG. 18, by passivation of the two-layer protective insulating film having the lower protective insulating film 136, The gate leakage current can be greatly reduced.

(実施例2)
図19は、スイッチ回路の構成の一例を概略的に示す。スイッチ回路300は、DC/RFスイッチであってよい。スイッチ回路300は、トランジスタ302と、トランジスタ304と、トランジスタ306と、入力端子308と、出力端子310と、DC端子312と、DC端子314と、制御端子322と、制御端子324と、制御端子326とを備える。
(Example 2)
FIG. 19 schematically shows an example of the configuration of the switch circuit. The switch circuit 300 may be a DC / RF switch. The switch circuit 300 includes a transistor 302, a transistor 304, a transistor 306, an input terminal 308, an output terminal 310, a DC terminal 312, a DC terminal 314, a control terminal 322, a control terminal 324, and a control terminal 326. With.

スイッチ回路300は、入力端子308、DC端子312およびDC端子314から入力された入力信号を切り替えて、いずれか1つの信号を出力端子310から出力する。スイッチ回路300は、入力端子308から高周波信号(以下、RF信号と称する場合がある。)が入力され、DC端子312およびDC端子314から直流信号が入力される。   The switch circuit 300 switches input signals input from the input terminal 308, the DC terminal 312, and the DC terminal 314, and outputs any one signal from the output terminal 310. The switch circuit 300 receives a high-frequency signal (hereinafter sometimes referred to as an RF signal) from the input terminal 308, and receives a DC signal from the DC terminal 312 and the DC terminal 314.

トランジスタ302、トランジスタ304およびトランジスタ306は、それぞれ、制御端子322、制御端子324または制御端子326に入力される制御信号に従って、ONとOFFとを切り替える。これにより、スイッチ回路は、入力端子308、DC端子312およびDC端子314から入力される入力信号のうち、いずれか1つの信号を出力できる。   The transistor 302, the transistor 304, and the transistor 306 are turned on and off in accordance with a control signal input to the control terminal 322, the control terminal 324, or the control terminal 326, respectively. As a result, the switch circuit can output any one of the input signals input from the input terminal 308, the DC terminal 312 and the DC terminal 314.

トランジスタ302、トランジスタ304およびトランジスタ306は、実施例1に示す構造を有する高電子移動度トランジスタであってよい。これにより、高周波数帯においても、挿入損失の少ないスイッチ回路が得られる。   The transistor 302, the transistor 304, and the transistor 306 may be high electron mobility transistors having the structure described in Embodiment 1. Thereby, a switch circuit with little insertion loss can be obtained even in a high frequency band.

使用した実施例1に示す構造を有する高電子移動度トランジスタのオン抵抗の値は、2Ωmm以下であった。スイッチ回路300の特性を調べる目的で、スイッチ回路の挿入損失を測定した。   The on-resistance value of the high electron mobility transistor having the structure shown in Example 1 was 2 Ωmm or less. In order to investigate the characteristics of the switch circuit 300, the insertion loss of the switch circuit was measured.

図20は、入力端子308から入力されたRF信号の周波数と、スイッチ回路300の挿入損失との関係を示す。図19において、縦軸は挿入損失[dB]を示し、横軸は上記RF信号の周波数[GHz]を示す。図20に示すとおり、スイッチ回路300は、入力信号の周波数が30GHzの場合であっても、挿入損失は−3dBであった。これにより、以上のとおり、上記の構成を採用した半導体装置をスイッチ回路に適用することで、挿入損失特性に優れたスイッチ回路が得られた。   FIG. 20 shows the relationship between the frequency of the RF signal input from the input terminal 308 and the insertion loss of the switch circuit 300. In FIG. 19, the vertical axis represents insertion loss [dB], and the horizontal axis represents the frequency [GHz] of the RF signal. As shown in FIG. 20, the switch circuit 300 had an insertion loss of −3 dB even when the frequency of the input signal was 30 GHz. Thus, as described above, a switch circuit having excellent insertion loss characteristics was obtained by applying the semiconductor device adopting the above configuration to the switch circuit.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

本実施態様である半導体装置10の断面を概略的に示す。The cross section of the semiconductor device 10 which is this embodiment is shown schematically. 他の実施形態である半導体装置100の上面を概略的に示す。The upper surface of the semiconductor device 100 which is other embodiment is shown schematically. 図2に示す半導体装置100の断面を概略的に示す。The cross section of the semiconductor device 100 shown in FIG. 2 is shown schematically. 半導体装置100の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross section of the semiconductor device 100 in the manufacturing process. 半導体装置100の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross section of the semiconductor device 100 in the manufacturing process. 半導体装置100の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross section of the semiconductor device 100 in the manufacturing process. 半導体装置100の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross section of the semiconductor device 100 in the manufacturing process. 半導体装置100の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross section of the semiconductor device 100 in the manufacturing process. 半導体装置100の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross section of the semiconductor device 100 in the manufacturing process. 半導体装置100の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross section of the semiconductor device 100 in the manufacturing process. 他の実施形態である半導体装置200の断面を概略的に示す。The cross section of the semiconductor device 200 which is other embodiment is shown schematically. 半導体装置200の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross-section in the process of manufacturing a semiconductor device 200. 半導体装置200の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross-section in the process of manufacturing a semiconductor device 200. 半導体装置200の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross-section in the process of manufacturing a semiconductor device 200. 半導体装置200の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross-section in the process of manufacturing a semiconductor device 200. 半導体装置200の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross-section in the process of manufacturing a semiconductor device 200. 半導体装置200の製造過程における断面を概略的に示す。1 schematically shows a cross-section in the process of manufacturing a semiconductor device 200. ゲートリーク電流の測定結果を示す。The measurement result of gate leakage current is shown. 一実施形態であるスイッチ回路を概略的に示す。1 schematically shows a switch circuit according to an embodiment. 図19の回路の挿入損失を測定した結果を示す。The result of having measured the insertion loss of the circuit of FIG. 19 is shown.

符号の説明Explanation of symbols

10 半導体装置
12 半導体基板
14 電気素子要素
16 下層保護絶縁膜
18 上層保護絶縁膜
100 半導体装置
102 ソース電極
104 ドレイン電極
106 ゲート電極
107 ゲート延伸部
108 ソース引出配線
110 ドレイン引出配線
112 ゲートパッド
114 ソース配線
116 ドレイン配線
118 ゲート配線
122 支持基板
124 バッファ層
126 チャンネル層
128 スペーサ層
130 キャリア供給層
132 キャップ層
134 絶縁層
136 下層保護絶縁膜
138 上層保護絶縁膜
140 素子分離領域
142 コンデンサ下部電極
144 コンデンサ絶縁層
146 コンデンサ上部電極
200 半導体装置
234 ゲート絶縁層
300 スイッチ回路
302 トランジスタ
304 トランジスタ
306 トランジスタ
308 入力端子
310 出力端子
312 DC端子
314 DC端子
322 制御端子
324 制御端子
326 制御端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor device 12 Semiconductor substrate 14 Electric element 16 Lower layer protective insulating film 18 Upper layer protective insulating film 100 Semiconductor device 102 Source electrode 104 Drain electrode 106 Gate electrode 107 Gate extension part 108 Source extraction wiring 110 Drain extraction wiring 112 Gate pad 114 Source wiring 116 Drain wiring 118 Gate wiring 122 Support substrate 124 Buffer layer 126 Channel layer 128 Spacer layer 130 Carrier supply layer 132 Cap layer 134 Insulating layer 136 Lower layer protective insulating film 138 Upper layer protective insulating film 140 Element isolation region 142 Capacitor lower electrode 144 Capacitor insulating layer 146 Capacitor upper electrode 200 Semiconductor device 234 Gate insulating layer 300 Switch circuit 302 Transistor 304 Transistor 306 Transistor 308 Input terminal 310 Output Force terminal 312 DC terminal 314 DC terminal 322 Control terminal 324 Control terminal 326 Control terminal

Claims (15)

半導体材料の表面に沿って互いに隣接する複数の電気素子要素と、
前記複数の電気素子要素を覆う、シリコンを含まない下層保護絶縁膜と、
前記下層保護絶縁膜の上に配され、シリコンを含む上層保護絶縁膜と、
を備える半導体装置。
A plurality of electrical element elements adjacent to each other along the surface of the semiconductor material;
A lower protective insulating film that does not contain silicon and covers the plurality of electrical element elements;
An upper protective insulating film that is disposed on the lower protective insulating film and contains silicon;
A semiconductor device comprising:
前記複数の電気素子要素の少なくとも一つは、シリサイド化される金属を含有し、
前記下層保護絶縁膜は、前記電気素子要素に含有される金属と前記上層保護絶縁膜に含有されるシリコンとの接触を阻害する、
請求項1に記載の半導体装置。
At least one of the plurality of electrical element elements contains a metal to be silicided;
The lower protective insulating film inhibits contact between the metal contained in the electrical element element and silicon contained in the upper protective insulating film;
The semiconductor device according to claim 1.
前記下層保護絶縁膜は、比誘電率が10以上の高誘電体層を有する、
請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
The lower protective insulating film has a high dielectric layer having a relative dielectric constant of 10 or more.
The semiconductor device according to claim 1 or 2.
前記上層保護絶縁膜は、シリコンおよび窒素を含有する、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の半導体装置。
The upper protective insulating film contains silicon and nitrogen;
The semiconductor device according to claim 1.
前記上層保護絶縁膜は、260℃以下の温度で薄膜形成した窒化シリコン膜である、
請求項4に記載の半導体装置。
The upper protective insulating film is a silicon nitride film formed as a thin film at a temperature of 260 ° C. or lower.
The semiconductor device according to claim 4.
前記上層保護絶縁膜は、100℃以下の温度で薄膜形成した窒化シリコン膜である、
請求項4に記載の半導体装置。
The upper protective insulating film is a silicon nitride film formed as a thin film at a temperature of 100 ° C. or lower.
The semiconductor device according to claim 4.
前記複数の電気素子要素の少なくとも一つは、
前記半導体材料の表面に形成した能動素子もしくは受動素子を構成する電極もしくは端子、または、前記能動素子もしくは前記受動素子に接続する引出部、
である請求項1から請求項6の何れか一項に記載の半導体装置。
At least one of the plurality of electrical element elements is:
An electrode or a terminal constituting an active element or a passive element formed on the surface of the semiconductor material, or a lead portion connected to the active element or the passive element;
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein:
前記複数の電気素子要素は、MIS型電界効果トランジスタのゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を含む、
請求項7に記載の半導体装置。
The plurality of electric element elements include a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode of a MIS field effect transistor,
The semiconductor device according to claim 7.
前記複数の電気素子要素は、前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極から延伸するゲート延伸部、ソース延伸部およびドレイン延伸部をさらに含む、
請求項8に記載の半導体装置。
The plurality of electrical element elements further include a gate extension, a source extension, and a drain extension extending from the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode.
The semiconductor device according to claim 8.
前記半導体材料と前記電気素子要素の少なくとも一つとの間に配置した、比誘電率が10以上の高誘電体層を有する要素間絶縁膜をさらに備えた、
請求項1から請求項9の何れか一項に記載の半導体装置。
An inter-element insulating film having a high dielectric layer having a relative dielectric constant of 10 or more, disposed between the semiconductor material and at least one of the electric element elements;
The semiconductor device according to claim 1.
前記要素間絶縁膜は、前記複数の電気素子要素の間の前記半導体材料の表面にも配置され、
前記半導体材料に対してドナーまたはアクセプタになる不純物が前記半導体材料に接触することを阻害する、
請求項10に記載の半導体装置。
The inter-element insulating film is also disposed on the surface of the semiconductor material between the plurality of electric element elements,
Impeding impurities that become donors or acceptors for the semiconductor material from contacting the semiconductor material;
The semiconductor device according to claim 10.
前記電気素子要素の少なくとも一つは、MIS型電界効果トランジスタのゲート電極であり、
前記要素間絶縁膜は、前記MIS型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜である、
請求項10または請求項11に記載の半導体装置。
At least one of the electric element elements is a gate electrode of a MIS field effect transistor,
The inter-element insulating film is a gate insulating film of the MIS field effect transistor.
12. The semiconductor device according to claim 10 or claim 11.
前記MIS型電界効果トランジスタの、ゲート幅が1mmにおけるリーク電流が、500pA以下であり、
前記MIS型電界効果トランジスタの、オン抵抗が、2Ωmm以下である、
請求項8、請求項9または請求項12に記載の半導体装置。
The leakage current at the gate width of 1 mm of the MIS field effect transistor is 500 pA or less,
The on-resistance of the MIS field effect transistor is 2 Ωmm or less.
The semiconductor device according to claim 8, claim 9 or claim 12.
半導体材料の表面に沿って互いに隣接するように、複数の電気素子要素を形成する段階と、
前記複数の電気素子要素を覆う、シリコンを含まない下層保護絶縁膜を形成する段階と、
前記下層保護絶縁膜の上に、シリコンを含む上層保護絶縁膜を形成する段階と、
を備えた半導体装置の製造方法。
Forming a plurality of electrical element elements such that they are adjacent to each other along the surface of the semiconductor material;
Forming a lower protective insulating film not containing silicon and covering the plurality of electrical element elements;
Forming an upper protective insulating film containing silicon on the lower protective insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
スイッチ素子として動作する半導体装置を備えたスイッチ回路であって、
前記半導体装置は、
半導体材料の表面に沿って互いに隣接する複数の電気素子要素と、
前記複数の電気素子要素を覆う、シリコンを含まない下層保護絶縁膜と、
前記下層保護絶縁膜の上に配置され、シリコンを含む上層保護絶縁膜と、
を備えるスイッチ回路。
A switch circuit including a semiconductor device that operates as a switch element,
The semiconductor device includes:
A plurality of electrical element elements adjacent to each other along the surface of the semiconductor material;
A lower protective insulating film that does not contain silicon and covers the plurality of electrical element elements;
An upper protective insulating film disposed on the lower protective insulating film and containing silicon;
A switch circuit comprising:
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